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专题05 氧化还原子反应配平及计算【复习目标】1.掌握常见氧化还原反应方程式的配平。2.掌握常见氧化还原反应的相关计算。【考情分析】氧化还原反应的规律在高考中主要体现在应用电子守恒规律解答有关计算上，氧化还原反应方程式的配平和有关氧化还原反应的计算，新课标卷近五年共计考查6次。题型有选择题和填空题两种形式，以填空题为主，试题难度偏大。【考点过关】考点一 氧化还原反应配平1. 氧化还原反应配平基本原则得失电子守恒是指在氧化还原反应中，失电子数一定等于得电子数，即得失电子数目保持守恒任何化学反应在反应前后应遵守质量守恒，也就是反应前后各元素原子个数相等电荷守恒即反应前后阴阳离子所带电荷数必须相等配平的步骤标好价：正确标出反应前后化合价有变化的元素的化合价列变化：列出元素化合价升高和降低的数值求总数：求元素化合价升高和降低的总数，确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的化学计量数配系数：用观察法配平其他各物质的化学计量数细检查：利用“守恒”三原则(即质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒)，逐项检查配平的方程式是否正确。2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O2. 新情景下氧化还原方程式的书写找物质依据题给信息或流程图，结合元素化合价变化，找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物会配平先用“化合价升降法”配平含有变价元素的物质的化学计量数，然后由原子守恒确定未知物，再根据原子守恒进行配平再检查在酸性条件下，离子方程式中不能出现OH-；在碱性条件下，离子方程式中不能出现H+。酸性条件下多氧配H+生成水(在反应物或生成物中配上H+)；碱性条件下多氧配水另一侧生成OH-(在反应物或生成物中配上水)注意反应物的量不同(或溶液浓度的不同)，产物不同，如过量的铁与稀硝酸反应，生成亚铁注意溶液的酸碱性不同，对产物的影响，如高锰酸钾在酸性条件下一般还原为Mn2+，而在碱性条件下则得到MnO2【考点演练】按要求完成下列氧化还原反应的方程式：（1）（2016年高考全国卷）实验室中可用次氯酸钠溶液与氨反应制备联氨，反应的化学方程式为_。（2）（2016年高考天津卷）MnO(OH)2IHMn2I2H2O(未配平)其化学计量数依次为_。（3）（2016年高考四川卷）在稀硫酸中，Cr的最高价含氧酸的钾盐(橙色)氧化氧的一种氢化物，Cr被还原为3价，该反应的化学方程式是_。（4）(2016年高考上海卷)NaOCN与NaClO反应，生成Na2CO3、CO2、NaCl和N2(已知HCN、HOCN中N元素的化合价相同)则反应的离子方程式： 。（5）（2015年高考全国卷）将ClO2通入KI和H2SO4的混合液中，发生反应的离子方程式为_。（6）（2015年高考福建卷）KClO3与KI淀粉溶液混合后溶液显蓝色，假设氧化产物唯一，还原产物为KCl，则此反应的离子方程式为_。 2：3，反应的离子方程式为2CNO+3ClO=CO2+ CO32+3Cl+N2。（5）ClO2具有强氧化性，通入锥形瓶与酸性碘化钾溶液反应，氧化I为I2，自身被还原为Cl，同时生成水，反应离子方程式为2ClO210I8H2Cl5I24H2O。（6）溶液显蓝色证明产生了I2；假设氧化产物唯一，还原产物为KCl，根据氧化还原反应中电子守恒、电荷守恒及原子守恒，可得该反应的离子方程式为ClO3-+6I-+6H+=Cl-+3I2+3H2O。答案：(1)NaClO2NH3=N2H4NaClH2O(2)1,2,4,1,1,3(3)3H2O2K2Cr2O74H2SO4=3O2K2SO4Cr2(SO4)37H2O（4）2CNO+3ClO=CO2+ CO32+3Cl+N2(5)2ClO210I8H=5I24H2O2Cl(6)ClO6I6H=Cl3I23H2O 考点二 氧化还原反应的计算对于氧化还原反应的计算，要根据氧化还原反应的实质反应中氧化剂得到电子总数与还原剂失去电子总数相等，即得失电子守恒。利用守恒思想，可以抛开繁琐的反应过程，可不写化学方程式，不追究中间反应过程，只要把物质分为初态和终态，从得电子与失电子两个方面进行整体思维，便可迅速获得正确结果。两元素间得失守恒找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物找准一个原子或离子得失电子数(注意化学式中粒子的个数)根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出等式：n(氧化剂)变价原子个数化合价变化值(高价低价)n(还原剂)变价原子个数化合价变化值(高价低价)多步反应得失守恒有的试题反应过程多，涉及的氧化还原反应也多，数量关系较为复杂，若用常规方法求解比较困难，若抓住失电子总数等于得电子总数这一关系，则解题就变得很简单。解这类试题时，注意不要遗漏某个氧化还原反应，要理清具体的反应过程，分析在整个反应过程中化合价发生变化的元素得电子数目和失电子数目【考点演练】(1) 现有24 mL浓度为0.05 molL1的Na2SO3溶液恰好与20 mL浓度为0.02 molL1的K2Cr2O7溶液完全反应。已知Na2SO3可被K2Cr2O7氧化为Na2SO4，则元素Cr在还原产物中的化合价为 。 (2) Na2Sx在碱性溶液中可被NaClO氧化为Na2SO4，而NaClO被还原为NaCl，若反应中Na2Sx与NaClO的物质的量之比为116，则x的值为 。（3）取x g铜镁合金完全溶于浓硝酸中，反应过程中硝酸被还原只产生8 960 mL的NO2气体和672 mL的N2O4气体(都已折算到标准状态)，在反应后的溶液中加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀质量为17.02 g。则x等于 。（4）在热的稀硫酸中溶解了11.4 g FeSO4固体，当加入50 mL 0.5 molL1 KNO3溶液时，其中的Fe2全部转化成Fe3，KNO3也完全反应并放出NxOy气体。推算出x_；y_。答案：(1)3(2)5（3）9.20 g（4）11考点三 氧化还原反应的综合应用离子反应理论和氧化还原反应理论是高中化学的基础和重点，二者是依据不同的分类标准对化学反应进行的分类。高考常将两部分内容融合在一起考查，反应既符合离子反应规律，又符合氧化还原反应规律，这类试题能很好的考查学生全面思考和解决问题的能力。书写氧化还原反应方程式书写属于氧化还原反应的离子方程式时，要首先考虑电子转移守恒，同时还要考虑电荷守恒、质量守恒。如对于反应mFe2O2xHnFe3yH2O：依据在氧化还原反应中，氧化剂得电子总数等于还原剂失电子总数(1 mol O2在反应中得到4 mol电子，每1 mol Fe2在反应中失去1 mol电子，故1 mol O2能氧化4 mol Fe2)可求出nm4 ；再根据电荷守恒，可求出x4；依据质量守恒，可求出y2判断离子共存离子之间也可能发生氧化还原反应。如已知Fe2与NO 在酸性条件下能够发生反应NO3Fe24H=3Fe3NO2H2O，则可判断Fe2、NO 、H在同一溶液中不能大量共存；在考虑离子大量共存问题时要特别注意NO 和H这一组合的氧化性分析离子反应的先后顺序在含有多种微粒的溶液中，发生氧化还原反应的微粒有先后顺序。氧化性强的微粒和还原性强的微粒之间优先反应。如已知氧化性：Cu2H，则在含有Cu2、H的混合溶液中，逐渐加入锌粉，首先发生反应Cu2Zn=CuZn2，当Cu2完全反应后，再发生反应2HZn=Zn2H2；再如向FeBr2溶液中通入Cl2时，因为还原性Fe2Br，故首先发生反应：2Fe2Cl2=2Fe32Cl，再发生反应2BrCl2=2ClBr2【考点演练】(1)二氧化氯（ClO2）可由KClO3在H2SO4存在的条件下与Na2SO3反应制得。请写出反应的离子方程式_。(2)亚氯酸不稳定可分解，反应的离子方程式为：HClO2ClO2HClH2O(未配平)。当1molHClO2发生分解反应时，转移的电子个数是_。(3)高铁酸钾（K2FeO4）是一种绿色净水剂，具有净水和消毒双重功能。高铁酸钾中铁元素的化合价为_价，干法制备K2FeO4的方法是将Fe2O3、KNO3、4KOH三者混合共热制得，同时生成了KNO2，请写出化学方程式: ；湿法是在强碱溶液中将NaClO、Fe2(SO4)3混合，写出该反应的离子方程式 ；简述高铁酸钾净水原理_ 。（4）已知：5 SO32+ 2IO3 + 2H+ = 5SO42+ I2 +H2O (较快)； I2 + SO32+H2O = 2I+SO42+ 2H+（快），今向KIO3、H2SO4、淀粉的混合溶液中加入一定量的Na2SO3溶液，当溶液中的 耗尽后，溶液颜色将由无色变为蓝色，当初始的物质的量需满足的关系为n(IO3) :n(SO32-) 时，能确保观察到蓝色。(5)将浓盐酸常温下滴到少量固体KMnO4中，产生了黄绿色气体和无色溶液，试写出该反应的化学方程式 ，该反应中体现盐酸的性质是_，该反应中实际发生氧化还原反应的氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。(6)取一定量 Fea(OH)b(SO4)cm样品与足量盐酸反应，所得溶液平均分为两份：一份溶液中加入足量的BaCl2溶液，得到白色沉淀1.7475g；另一份溶液，先将Fe3还原为Fe2，再用0.02000molL1的酸性K2Cr2O7标准溶液滴定至终点，消耗K2Cr2O7标准溶液50.00 mL(已知：滴定时Cr2O72-转化为Cr3+,Fe2+变为Fe3+）。该样品中bc的比值为 。 +2价，所以，高铁酸钾具有强氧化性，能杀菌消毒：4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3(胶体)+3O2+8OH-。(4) I2 + SO32+H2O = 2I+SO42+ 2H+中SO耗尽后，I2过量时，淀粉溶液由无色变为蓝色；当n(IO32-) 2 mol时，反应5 SO32+ 2IO3 + 2H+ = 5SO42+ I2 +H2O中n(SO)，n(I2)1mol，而当n(I2)1mol，反应I2 + SO32+H2O = 2I+SO42+ 2H+中n(SO)1mol时，确保能观察到蓝色，所以初始时n(IO3-)n(SO)2：(5+1)=1/3；（5）根据题意，产生了Cl2和Mn2+,配平可得：2KMnO416HCl(浓)=2MnCl22KCl5Cl28H2O,2molKMnO4做氧化剂； 总共消耗16molHCl中实际只有10mol做还原剂，另外6mol起酸的作用，即实际的氧化剂与还原剂的物质的量之比为21015。（6）n(BaSO4)0.0075mol，SOBa2=BaSO4，由化学计量数比可知n(SO)0.0075mol；由反应Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O的化学计量数比可知：n(Fe2)n(Cr2O)0.02000molL150.00103L0.006 mol；根据铁守恒可知，n(Fe3)n(Fe2)0.006mol；则聚合硫酸铁中n(Fe3)n(SO)0.0060.007545，则a4，c5；Fe4(OH)b(SO4)5m中各元素的化合价代数和为0，则(3)4(1)b(2)50，所以b2，bc25。答案：(1)2ClOSO2H=2ClO2SOH2O(2)0.8NA(3) +6；3ClO + 10OH + 2Fe3+2FeO42 + 3Cl + 5H2O；高铁酸钾能杀菌消毒，还原产物+3价铁离子水解生成氢氧化铁胶体起净水作用(4)SO；1/3；(5) 2KMnO416HCl(浓)=2MnCl22KCl5Cl28H2O；还原性和酸性； 15(6)21 【过关练习】1. 氮化钠和氢化钠都是离子化合物，与水反应的化学方程式(未配平)如下：Na3NH2ONaOHNH3，NaHH2ONaOHH2。有关它们的叙述：与水反应都是氧化还原反应；与水反应后的溶液都显碱性；与盐酸反应都只生成一种盐。正确的是()A B C D 2.固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂。某学习小组以Mg(NO3)2为研究对象，拟通过实验探究其热分解的产物，提出如下4种猜想，其中不成立的是()AMg(NO2)2、O2 BMgO、NO2、O2 CMg3N2、O2 DMgO、NO2、N2解析：A、B、C三项中均有化合价的升降，符合氧化还原反应发生的条件；由于产物中化合价只有降低情况，没有升高，不满足氧化还原反应的特征，故D不成立。答案：D3. 钯的化合物PdCl2通过化学反应可用来检测有毒气体CO，该反应的反应物与生成物有CO、Pd、H2O、HCl、PdCl2和一种未知物质X。下列说法错误的是()A未知物质X为CO2，属于氧化产物 B每转移1 mol e时，生成2 mol XC反应中PdCl2作氧化剂，被还原 D还原性：COPd解析：A、B、C三项中均有化合价的升降，符合氧化还原反应发生的条件；由于产物中化合价只有降低情况，没有升高，不满足氧化还原反应的特征，故D不成立。答案：D4. 某离子反应中涉及H2O、ClO、NH、H、N2、Cl六种微粒。其中N2的物质的量随时间变化的曲线如图所示。下列判断正确的是()A该反应的还原剂是Cl B消耗1 mol还原剂，转移6 mol电子C氧化剂与还原剂的物质的量之比为23 D反应后溶液的酸性明显增强解析：反应方程式为3ClO2NH=N23H2O3Cl2H，该反应的还原剂为NH，故A错误；N元素化合价由3升高到0，则消耗1 mol还原剂，转移3 mol电子，故B错误；由方程式可知氧化剂和还原剂的物质的量之比为32，故C错误；反应生成H，溶液酸性增强，故D正确。答案：D5. O2F2可以发生反应：H2S4O2F2=SF62HF4O2，下列说法正确的是（ ）A氧气是氧化产物 BO2F2既是氧化剂又是还原剂C若生成4.48 L HF，则转移0.8 mol电子 D还原剂与氧化剂的物质的量之比为14 6. 已知：将Cl2通人适量KOH溶液，产物中可能有KC1、KClO、KC1O3，且的值与温度高低有关。当n(KOH)=amol时，下列有关说法错误的是A若某温度下，反应后11，则溶液中B参加反应的氯气的物质的量等于amolC改变温度，反应中转移电子的物质的量ne的范围：amolneamolD改变温度，产物中KC1O3的最大理论产量为amol解析：A项若反应后11，令KC1、KClO分别为11 mol、1 mol，据得失电子守恒可得KC1O3为2 mol，则溶液中，正确；B项据原子守恒n(KOH)amoln(K) =n(Cl) =2n(Cl2)，则n(Cl2) =amol，正确；C项采用极限法分析，当全部生成KC1、KClO时发生的反应为Cl22KOH=KClKClOH2O，则neamol，同理，当全部生成KC1、KClO3时发生的反应为3Cl26KOH=5KClKClO33H2O，则neamol，综上可得改变温度，反应中转移电子的物质的量ne的范围：amolneamol，该项正确；D项改变温度，产物中KC1O3的最大理论产量即无KClO生成，发生如下反应：3Cl26KOH=5KClKClO33H2O，则KC1O3的物质的量为amol，故该项错误。答案：D7. 工业上制备二氧化氯(ClO2)的方法之一是用甲醇在酸性介质中与氯酸钠反应，其反应的化学方程式为：CH3OHNaClO3H2SO4ClO2CO2Na2SO4H2O(未配平)，则下列说法正确的是()A甲醇是氧化剂B通过反应可判断NaClO3的氧化性强于Na2SO4C还原产物和氧化产物的物质的量之比为61D生成1 mol CO2时转移电子的物质的量为4 mol8. (襄阳2017届调研)铬及其化合物常被应用于冶金、化工、电镀、制药、纺织等行业，但使用后的废水因其中含高价铬的化合物而毒性很强，必须进行处理。工业上往往采取下列循环工艺防止铬的污染：(1)上述各步反应中属于氧化还原反应的是_(填序号)。(2)第步，含Cr2O的废水在酸性条件下用绿矾FeSO47H2O处理，写出并配平反应的离子方程式：_。(3)第步，向上述反应后的溶液中加入适量的碱石灰，使铬离子转变为Cr(OH)3沉淀。处理后，沉淀物中除了Cr(OH)3外，还有_、_(写化学式)。已知Cr(OH)3性质类似Al(OH)3，是既能与强酸反应又能与强碱反应的两性物质，写出从该沉淀物中分离出Cr(OH)3的离子方程式：_、_。(4)回收所得的Cr(OH)3，经步处理后又可转变成K2Cr2O7。纯净的K2Cr2O7常用于准确测定Na2S2O3溶液的物质的量浓度，方法如下：Cr2O6I14H=3I22Cr37H2O2S2OI2=S4O2I准确称取纯净的K2Cr2O7 0.122 5 g，配成溶液，用上述方法滴定，消耗Na2S2O3溶液25.00 mL。则Na2S2O3溶液的物质的量浓度为_(保留四位有效数字)。答案：(1)(2)Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O(3)Fe(OH)3CaSO4Cr(OH)3OH=CrO2H2OCrOCO22H2O=Cr(OH)3HCO(4)0.100 0 molL19. 高铁酸钾广泛应用于净水、电池工业等领域。工业上以钛白粉生产的副产品FeSO4制备高铁酸钾的生产流程如下。查资料得知K2FeO4部分性质如下：在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定；在水中溶解度很大，难溶于无水乙醇等有机溶剂；具有强氧化性，能氧化有机烃、苯胺和80%以下乙醇溶液。回答下列问题：(1)写出“氧化”中，生成Fe3的离子方程式： _。(2)氧化中，试剂A为_(填“H2O2”“HNO3”或“NaClO”)；过滤操作中，得到的滤渣B中除NaCl还有_。(3)操作中包括冷却结晶、过滤、洗涤干燥几个步骤。洗涤干燥的目的是脱碱脱水，进行该操作时最好用_洗涤。(4)净水时高铁酸钾能逐渐与水反应生成絮状的Fe(OH)3，请补充并配平该反应的化学方程式：_K2FeO4_H2O=_Fe(OH)3_KOH_。(5)将一定量的K2FeO4投入一定浓度的FeCl3溶液中，测得剩余K2FeO4浓度变化如图所示，推测产生曲线和曲线差异的原因是_。分离出Na2FeO4、NaOH(过量)，则过滤所得滤渣的主要成分为NaCl、Na2SO4、NaClO(过量)，除去它们之后所得的Na2FeO4、NaOH(过量)溶液用于制备K2FeO4。(3)Na2FeO4、NaOH溶液(过量)中加入过量KOH时的反应为Na2FeO42KOH=K2FeO42NaOH，所得溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤可得K2FeO4晶体；由于K2FeO4的溶解度很大，难溶于无水乙醇等有机溶剂，且具有强氧化性，能氧化有机烃、苯胺和质量分数为80%以下的乙醇溶液，除去碱的同时，为了减少洗涤晶体造成K2FeO4的损失，最好选择无水乙醇洗涤K2FeO4晶体。(4)观察可得，该反应中铁元素由6价降为3价，钾元素、氢元素的化合价都没有变化，根据氧化还原反应的特征推断，化合价升高的元素只能是氧，氧元素由2价升为0价，则缺项物质为氧气，根据化合价升降法、原子守恒配平可得：4K2FeO410H2O=4Fe(OH)38KOH3O2。(5)根据已知信息可知，K2FeO4在碱性环境中稳定，在中性和酸性条件下不稳定，氯化铁是强酸弱碱盐，能水解，导致其溶液显弱酸性，K2FeO4在酸性条件下不稳定，酸性越强，K2FeO4越不稳定，反应速率越大，剩余K2FeO4的浓度越小。答案：(1)H2O22H2Fe2=2Fe32H2O(2)NaClONa2SO4(3)无水乙醇(3分)(4)410483O2(5)FeCl3溶液水解显酸性，促进K2FeO4与水反应，从而降低K2FeO4的浓度10.碘酸钾(KIO3)晶体是我国规定的食盐加碘剂。它通常是以碘为原料与过量KOH溶液通过下列反应制得：3I26KOH=5KIKIO33H2O，再将KI和KIO3的混合溶液电解，将其中的I转化为IO3，装置如图所示。(1)在反应3I26KOH=5KIKIO33H2O中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为_。(2)电解前，将KI和KIO3混合溶液加入阳极区；将氢氧化钾溶液加入阴极区。电解槽用水冷却。电解时，阳极上的电极反应为_，阴极上得到的气体产物为_。(3)某同学查资料获知：KIO3在酸性介质中与碘化物作用生成单质碘，该反应的离子方程式为_。为确定电解是否完成，需检验阳极区电解液中是否含有I，该同学选用淀粉溶液和稀硫酸进行实验，其他仪器及用品自选，请完成实验方案。实验操作现象及结论(4)电解完毕，从电解液中得到KIO3晶体的过程如下，步骤的操作名称_，步骤中洗涤晶体的目的是_。答案：(1)51(2)I6OH6e=IO33H2O氢气(或H2)(3)IO35I6H=3I23H2O，实验操作：取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后，加入几滴淀粉溶液，观察是否变蓝；现象及结论：如果不变色，说明没有I(如果变蓝，说明有I)(4)蒸发浓缩除去晶体表面吸附的易溶性杂质11.钛合金是航天航空工业的重要材料。由钛铁矿(主要成分是TiO2和Fe的氧化物)制备TiO2等产品的一种工艺流程示意如下：已知：TiO2易水解，只能存在于强酸性溶液中TiCl4的熔点25.0 ，沸点136.4 ；SiCl4的熔点68.8 ，沸点57.6 。回答下列问题：(1)写出钛铁矿酸浸时，主要成分TiO2反应的离子方程式_，加入铁屑的作用是_。(2)操作包含的具体操作方法有_。(3)向“富含TiO2溶液”中加入Na2CO3粉末得到固体TiO2nH2O，请用恰当的原理和化学用语解释其原因_，废液中溶质的主要成分是_(填化学式)。(4)用金红石(主要含TiO2)为原料，采用亨特(Hunter)法生产钛的流程如下：写出沸腾氯化炉中发生反应的化学方程式_，制得的TiCl4液体中常含有少量SiCl4杂质，可采用_方法除去。答案：(1)TiO22H=TiO2H2O使Fe3还原为Fe2(2)蒸发浓缩，冷却结晶，过滤(洗涤)(3)溶液中存在水解平衡TiO2(n1)H2OTiO2nH2O2H，加入的Na2CO3粉末与H反应，降低了溶液中c(H)，促进水解平衡向生成TiO2nH2O的方向移动Na2SO4(4)TiO22C2Cl2TiCl42CO蒸馏(或分馏)
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